Transcript 媒体访问控制机制
《WLAN技术与应用》 第四单元：WLAN协议 第2讲：WLAN 媒体访问控制机制 主讲人：韩金燕 学习目标 掌握MAC媒体访问控制机制分类 CSMA/CA工作原理 引入----802.11的逻辑结构 IEEE 802.11的物理层和数据链路层结构如下图所示 。 逻辑链路控制子层 （LLC） 数 据 链 路 层 PHY 层 介质访问控制子层 （MAC） 物理汇聚子层 （PLCP） 物理介质相关子层 （PMD） 介质访问控制管理 （MAC Management） 物理层管理 （PHY Management） 站点管理层 （Station Management） MAC子层的媒体访问控制机制 MAC子层的功能是通过MAC帧交换协议来保障无线介质上的可靠数据传 输，主要有三种媒体访问控制机制： DCF with CSMA/CA Distributed Coordination Function with Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance(CSMA/CA) RTS/CTS with CSMA/CA CSMA/CA with Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) Point Coordination Function (PCF) 媒体访问控制机制----CSMA/CA与CSMA/CD 在 802.3 （ 以 太 网 中 ） 中 所 有 的 节 点 共 享 传 输 介 质 ， 采 用 CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波 监听多路访问/冲突检测）协议，检测和避免当两个或两个以上的网络设备同 时需要进行数据传送时产生的冲突。 在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这是由于要检测 冲突，设备必须能够一边接收数据信号一边传送数据信号，而这在无线局域网 中是无法办到的。 CSMA/CD与CSMA/CA最大的不同在于CA是冲突避免，CD是冲突检测. CSMA/CA的本质是利用竞争时间片来避免冲突. 媒体访问控制机制----CSMA/CA 概念 CSMA STA在发送数据前必须监听媒介（通过能量检测、载波检测和能 量载波混合检测来检测信道的空闲），如果媒介上已有信息在传 送，则该STA将不会发送本地信息 CA IEEE802.11使用碰撞回避策略，采用网络分配矢量（NAV）表 示媒介空闲剩余时间的值，每个STA的NAV都是从媒介传输的帧 里取出时间长度值来保持最新值， STA通过检查NAV决定是否 发送 Page6 媒体访问控制机制----CSMA/CA 概念（续） Page7 媒体访问控制机制-帧间间隔 Short帧间间隔：SIFS 最短的等待时间，最高优先级 PCF帧间间隔：PIFS 中等等待时间，中等优先级 DCF帧间间隔：DIFS 等待时间最长，优先级最低 Busy DIFS PIFS SIFS Contention Window Page8 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA DIFS STA 1 DIFS DIFS 10 7 5 9 6 4 Frame Exchange Frame Exchange STA 2 3 10 8 Frame Exchange STA 3 5 2 10 Frame Exchange STA 4 退避窗口 退避窗口 退避窗口 Page9 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA缺陷1 隐形终端问题 隐蔽站问题：在发送方侦听不到：STA1和STA2不能互相听到，中间有 障碍物， STA1和STA2于是都发数据帧给AP， 此时产生冲突 信号强度衰减问题： STA1在发送数据帧，由于信号传输衰减，传到 STA2处时，STA2听不到，STA2以为信道空闲，也发送数据帧， 此时 产生冲突 信号 STA1 AP STA2 STA1 AP 距离 STA2 Page10 媒体访问控制机制----RTS/CTS with CSMA/CA AP STA1 STA3 RTS CTS CTS DATA ACK Page11 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA缺陷2 暴露终端(Exposed terminal)问题 当节点STA1向AP1发送数据时，节点STA2也希望向AP2发送数据。 根据 CSMA协议，节点STA2侦听信道，它将听到节点STA1正在发送数据，于是 错误地认为它此时不能向AP2发送数据， 但实际上它的发送不会影响节点 AP1的数据接收，这就导致节点STA2所谓暴露终端问题的出现 AP1 STA1 STA2 AP2 Page12 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA AP1 STA1 RTS STA2 AP2 RTS CTS DATA ACK Page13 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA 改进：冲突避免: 增加 RTS-CTS 交互 CSMA/CA: 信道预约 发送站: 发出RTS幀(request to send)预约信道 接收站: 应答CTS幀(clear to send)同意预约 CTS 为发送站保留信道, 起到了通知其它(可能隐蔽的)站点的 效果 避免了隐蔽站点造成的冲突 Page14 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA Page15 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程 AC 我要发送数据 SW STA2 AP 随机产生一个退避 时间进行倒计时， 18,17,16…… STA2 Page16 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程（续） 有人发数据了我要 调整我的NAV AC SW AP 我现在是16，新的 NAV：20+16=36, 36.35…... Frame 我需要的duration 是20 slots STA Page17 duration 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程（续） 2,1,0，现在媒体空闲了 我要开始发送数据帧了 AC SW AP Frame Duration Duration=Frame +SIFS+ACK STA Page18 媒体访问控制机制---- 数据帧发送完毕 我收到了数据帧，我要 等1个SIFS后发送ACK AC SW ACK AP 我收到ACK 帧发送完毕 等AP发送ACK确认后，我 必须要等一个DIFS+NAV后 才能发送数据帧 STA Page19 思考与练习 1、CSMA/CA工作原理？存在的缺陷？ 2、RTS/CTS with CSMA/CA工作原理？ 谢 谢！